嫦娥六号成功返回地球,但引起网友质疑。
经过53天的飞行,嫦娥六号终于成功返回地球。然而,一些网民质疑为什么阿波罗在月球轨道上等了14天才开始回来。真的有差距吗?
首先,到目前为止,人类只在月球背面软着陆过一次,那就是中国嫦娥四号。其他国家甚至不敢尝试在月球背面着陆,所以没有说技术不如人。
嫦娥六号上层组合体将月壤样本转移到返回器后,“嫦娥六号”环月等待期持续约14天。在此期间,轨道返回组合体将与上升器和对接舱分离(已执行),然后轨道返回组合体验将提高远月点的高度。最后,轨道器3000牛主发动机将转移到射击机上两个月,加速轨道返回组合体,推动其转移到月地转移轨道。
“嫦娥六号”轨道返回组合的返回受多种条件的限制,包括环月轨道的倾角、月球、地球和太阳的相对位置、返回着陆点的位置等。等待环月是为了通过更少的变轨和更好的光照条件,等待更好的返回路线,实现精准高效的返回。
由于是人类第一次从月球背面采样回来,月球背面的环境相对恶劣,陨石坑密集,宇宙尘埃丰富,给探测器的着陆和采样带来了巨大的挑战,因此我们必须更加谨慎和细致地规划和准备任务。
与“嫦娥五号”任务相比,“嫦娥六号”任务的轨道设计更加复杂。在满足任务轨道控制和姿势控制的情况下,推进剂的余量更小,对高效使用推进剂的要求更高。
此外,嫦娥六号和阿波罗飞船对返回地球的要求也不同,阿波罗登月计划三个方案已经确定,第一个方案是“直接登月法"”,用大型火箭将飞船直接发射到月球轨道。;;二是将飞船分段送入地球轨道,然后逐一对接,然后飞向月球。 地球轨道交会法”;三是将飞船送入地球轨道,并将其推向月球的“月球轨道交会法"。首选方案所需的技术简单方便,易于控制,但需要昂贵而复杂的特大功率火箭。其次,虽然不需要大型火箭,但总发射成本并不低,而且交会次数过多,难以控制。
NASA工程师约翰·霍博特提出了第三个方案。霍博特设想用大火箭把载有三名宇航员的宇宙飞船送到地球轨道,火箭离开后,飞船依靠惯性飞入月球轨道。两名宇航员进入登月舱,然后离开飞船指令舱。登月舱使用制动火箭减速,在月面降落。返回时,启动登月舱上升发动机,与飞船指令舱见面。宇航员返回指令舱后,放弃登月舱,启动指令舱火箭,进入地球轨道,离开月球轨道。再次进入大气层时,将指令舱后面的服务舱丢弃,只剩下指令舱溅到太平洋上。
最后,由于技术原因,虽然美国采用了“月球轨道交会法”,但服务舱/指令舱组合在地面上与登月舱/升级组合不对接。在阿波罗登月期间,阿波罗飞船的服务舱-指令舱组合发射后需要在近地轨道与登月舱对接。登月完成后,阿波罗登月船不会直接返回地球。阿波罗登月舱只能用于地球大气层以外的设计,完全没有必要的保护装置进入地球大气层。他们需要做的是在正确的时间从月球上起飞,与阿波罗指令舱对接,阿波罗指令舱飞过头顶110公里,然后进入指令舱,指令舱启动主发动机,将三名宇航员带回地球。因此,指令舱一直在月球周围的轨道上旋转,一名宇航员留在指令舱,负责与登月舱对接。它的路线不是通过月球表面,而是从月球周围的轨道出发。只要加速月球轨道,就可以进入地月轨道。可以说,难度与嫦娥六号完全不同。
此外,当你回到地球时,着陆区非常大,你可以掉进太平洋。因此,阿波罗11号飞船在完成登月后,可以在短时间内快速返回地球,而不需要在月球轨道上等太久。
相比之下,嫦娥六号探测器的着陆区域非常小,因此有必要考虑返回地球的机会。如果返回时间太早或太晚,可能会飞出着陆区,甚至直接坠入大气层烧毁或错过地球。
因此,嫦娥六号轨返回组合在月球轨道上等了14天才开始返回地球。这一时间并不意味着我们的嫦娥五号探测器落后于阿波罗飞船,这恰恰证明了嫦娥五号探测器在着陆精度方面更好。要知道,以接近地球第二宇宙的速度返回地球,准确着陆到非常小的着陆区域是非常困难的。
并且嫦娥六号和阿波罗飞船以不同的方式返回,从月球返回地球轨道的过程中,嫦娥六号的速度会越来越快,返回大气时的速度已经接近第二宇宙的速度(每秒11.2公里)。如果没有任何减速,嫦娥五号重返飞行试验器将在大气中被烧毁。由于航天器与大气的剧烈摩擦,机舱表面会产生数千摄氏度的高温。目前,人类在这样的高温条件下无法提供安全防护措施。
因此,科学家们想到了打水漂的方法,就像石头在“打水漂”的过程中能量不断下降,最后沉入水中一样,航天器可以在大气中跳跃回来”,也可以突然刹车。
返回器会利用自身的升力,借助大气层密度变化的跳板,将自己从高速降落的弹道中分离出来,反弹回大气层外。这时,减速后,返回舱的速度大大降低,再次进入大气层时,条件要温和得多。
这样可以减少再入时返回舱的过度烧蚀,尽可能减少防热层的厚度和重量,多带月壤回来。
然而,这项技术对再入角度提出了很高的要求。这种再入角误差小于0.4度。如果有轻微偏差,要么直接进入大气层烧毁,要么直接弹出,回不来了。
返回技术的官方名称是“半弹道跳跃飞行”,即在返回器首次进入大气层一定深度并滑行一定距离后,通过调整其姿势,使其在气动作用下再次跳跃,从而将其飞行速度从接近第二宇宙(每秒11.2公里)降低到第一宇宙速度(每秒7.9公里)以内。从那以后,返回过程就像神舟飞船一样,轻车熟路。采用跳跃式再入式返回方式,可有效调整再入式航程,减少气动过载,提高着陆精度,降低地面回收难度,有利于系统任务的实施。
目前只有中国掌握了高速半弹道跳跃回归技术。起初,美国阿波罗飞船也想采用半弹道跳跃飞行技术。然而,这种弹道对航天器和轨道的设计提出了更高的要求,这是极其困难的。要求航天器的飞行控制系统能够准确计算飞行轨道,准确控制自己的状态和姿势,提高飞行精度。
由于难度太大,早期航天器只能采用一些跳跃方案来减少过载。比如阿波罗登月飞船进入大气层后,一路在大气层内跳跃,高度不到100公里。当然,效果相对较差。阿波罗登月飞船返回地球时,过载可控制在7G以内,落点偏差约50公里。
此外,阿波罗飞船返回舱采用桑格尔弹道“水漂升力”弹道。在开发过程中,阿波罗飞船已经使用atlas火箭进行了返回舱水漂再进入大气层的验证实验。这个项目叫做FIRE II。
而且嫦娥六号采用的是钱学森提出的钱学森弹道。钱学森弹道是将弹道导弹和飞行导弹的轨迹结合在一起,其前部采用弹道式弹道,后部为无动力滑翔弹道。本质是利用火箭将飞机发射到高空,突破大气层,然后飞机再次从太空返回大气层。当角度合适时,飞机会像水面上的瓦片一样被弹起,然后落下。通过这样一系列的弹起-落下的运动轨迹,飞机可以高速到达目标。
能有效兼容解决力载荷和热载荷问题,其再入最大超过4.8.g,远远小于阿波罗飞船7g过载。也就是说,尽管嫦娥六号是无人采样器,但核心数据直接要求载人。
嫦娥系列任务表明,人类登月计划由粗放式、手动式向智能化、精细化转变,这是人类技术发展的必然结果。
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